网络与通信　文章编号：１００８—０５７０（２００８）０７—３－００７９－０３　

基于Ｍ　Ｏ　Ｄ　Ｂ　Ｕ　Ｓ协议的串口控件的实现　Ｔｈｅ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｏｒｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＯＤＢＵＳ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　（中科院高能物理研究所加速器中心防护组）余　杰　李铁辉　ｙＵ　Ｊｉｅ　ＬＩ　Ｔｉｅ－ｈｕｉ　

摘要：本文主要介绍了一个基于ＭＯＤＢＵＳ协议的串口控件的实现。ＭＯＤＢＵＳ协议是＂－３今工业控制领域广为流行的协议。在　该协议的ＲＴＵ传输模式下．数据帧的起始和结束是以时间间隔来决定的，该时间间隔非常的短。为了满足这一要求，在控件　的实现过程中利用了多线程和ＡＰＩ函数。串口是计算机的标准接口之一，ＭＯＤＢＵＳ协议常在串行链路上实现。　关键词：ＭＯＤＢＵＳ协议；串口通信；控件　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＯＤＢＵＳ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＭＯＤＢＵＳ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ａ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｉｅｌｄ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ－ｍｏｄｅ　ＲＴＵ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｃｏ１．ｔｈｅ　ｓｔａｒｔ　ａｎｄ　ｅｎｄ　ｏｆ　ａ　ｆｒａｍｅ　ｉｓ　ｄｅｃｉｄ·　ｅｄ　ｂｙ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓｈｏｒｔ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｈｒｅａｄｓ　ａｎｄ　ＡＰＩ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ＭＯＤＢＵＳ　ｉｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ｓｅｒｉａｌ　ｌｉｎｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＭＯＤＢＵＳ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ；Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｏｒｔ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＡｃｔｉｖｅＸ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

引言　ＭＯＤＢＵＳ是一种工业控制网络协议。由于它的简单和完全　开放而得到广泛的应用。目前已有许多厂商生产支持该协议的　自动化设备，此外，由于其完全免费开放，任何个人也可以开发　与此协议相兼容的设备。ＭＯＤＢＵＳ协议属于ＯＳＩ模型第七层的　应用层报文协议．其对ＯＳＩ模型底层的网络并没有具体的要　求，目前能够支持ＭＯＤＢＵＳ协议或总线的底层网络包括：　１）串行链路。　２）建立在以太网上的ＴＣＰ／ＩＰ　３）ＭＯＤＢＵＳ　ｐｌｕｓ一种高速的令牌网　ＭＯＤＢＵＳ？最早在串行链路上实现．也是目前实现最为广泛　的一种。　

１　ＭｏＤＢＵＳ协议　

ＭＯＤＢＵＳ协议最早由ＭＯＤＩＣＯＮ公司为其生产的自动化设备　制定的通讯协议．后来逐渐被其它的厂商所采纳。自１９７９年以　来，已有数以百万的自动化设备的通讯协议采用该协议。　ＭＯＤＢＵＳ协议建立在主，从结构的基础之上，系统中只有　个主机，一个或多个从机，每个从机有唯一的地址。主机和从　机的通讯以查询，应答的方式进行．主机构建并发送查询数据　帧，启动一次通信过程。所有的从机都将查看查询数据帧中的　地址．如果与本机的地址一致。则构建应答数据帧并发送给主　机，从而结束一次通讯过程。　ＭＯＤＢＵＳ协议最重要的内容是对查询，应答数据帧格式的　规范，ＭＯＤＢＵＳ数据帧的格式如表１所示：　

余杰：研究生　基金项目：北京正负电子对撞机国家实验室资助　（ＢＥＰＣＩＩ—ＵＵＲＰ一３４６一ＨＴ２６５，２Ｏ０６）　

表１　ＭＯＤＢＵＳ帧格式　对于查询帧．地址域表示主机要查询哪一个从机，功能码　通知从机应该执行何种操作．数据提供了为执行该种操作而需　要的一些附加信息。对于正常情况下的应答帧，地址域是本机　的地址．功能码与查询帧相同。数据是从机按要求提供给主机　的数据信息。　ＭＯＤＢＵＳ协议有两种传输模式即ＲＴＵ和ＡＳＣＩＩ模式，其　中ＲＴＵ模式数据帧中的８位包括两个４位１６进制字符，相对　于ＡＳＣＩＩ模式．ＲＴＵ模式表达相同的信息需要较少的位数，且　在相同通讯速率下具有更大的数据流量。因此，一般工业智能　仪表采用ＲＴＵ模式的ＭＯＤＢＵＳ规约，本文介绍的串口控件工　作在该模式下。　在ＲＴＵ模式下。数据帧的起始和结束是以时间间隔来决　定的。消息发送至少要以３．５个字符时间的停顿间隔开始，也就　是说在最后一个传输字符之后。一个至少３．５个字符时间的停　顿标定了消息的结束。如果在一个消息帧完成之前有超过１．５　个字符时间的停顿时间．接收设备将刷新不完整的消息并假设　下一个字节是一个新消息的地址域。　

２　ＡｃｔｉｖｅＸ组件技术　所谓组件方法是指用可重用的软件来构造应用程序。软　件的组件化不需要代码的重新编译和链接．而是直接作为功能　模块在二进制代码级用于软件的装配。组件可以一次编写，到　处使用　由于遵循ＣＯＭ的规范标准，组件与应用程序、组件与　组件可进行互操作。组件模型提供了一种在二进级编码上的　代码重用．组件的用户只需知道组件的接１３而完全不用关心组　件的内部实现细节，因此提高了编程的效率。目前已有很多编　程工具可以编写和使用ＡｃｔｉｖｅＸ组件，例如：ＶＢ、ＶＣ、Ｄｅｌｐｈｉ等。　

＠罾自控　局订阅号．８２＿９４６　３６ｏ元，年一７９—　

维普资讯 http://www.cqvip.com 网络与通信　中文核心期刊《微计算机信息＞（管控一体化）２００８年第２４卷第７－３期　笔者借助Ｖｃ＋＋６．０编写了基于ＭＯＤＢＵＳ协议的串口控件．而　在使用ＶＢ写的数据采集软件中使用该控件。　３基于ＭＯＤＢＵＳ协议的串口控件　

的实现　

基　Ｍｏｄｂｕ　议的　串ｎ控件　

图１串口控件接口　

／　Ｒ　

∞　∞　

２　１　Ｏ　

图２数据帧缓存区结构　基于ＭＯＤＢＵＳ协议的串口控件的接口如图１所示。该控　件包括两部分的内容：一是对串口的操作。主要是由打开，关闭　串口等功能组成，二是对ＭＯＤＢＵＳ功能码的封装，例如功能码　０４是用来读输入寄存器．控件中就增加一名为　ＲｅａｄＩｎｐｕｔＲｅｇｉｓｔｅｒ０的函数与其对应。　为了存储已经接收但还没来的及处理的数据帧．在内存中　开辟了一块大小为２５６＂１００　Ｂｙｔｅｓ的数据帧缓存区．其组织结　构如图２所示。该空间共有１００个数据帧缓存区，每个帧缓存　区的大小为２５６个字节。指针ＰＮｕｍ指向目前正在接收的数据　所存的帧缓存。ＰＬｅｎ指明每个帧缓存所存数据帧的大小。　３．１对串口的操作　打开串口被命名为ＯｐｅｎＰｏｒｔ０．该函数主是用来设置串口　的串口号，数据位长度和通讯速率等串口参数。如果成功打开　串口。启动读串口线程。　ＣｌｏｓｅＰｏｒｔ０用来关闭串口．释放对串口资源的占用。　

图３读串口函数流程　读串口是该控件实现的关键，ＲｅａｄＣｏｍ（）是在另一独立线　程中运行．并且该线程被设置为具有最高　优先级，从而使程　序能够以最快的速度读取串口接收到的字符．为字符之间的精　确计时提供了保证。ＲｅａｄＣｏｍ（）的流程如图３所示，在成功打　

开串口之后，启动读串口线程，该线程一直在打开的串口处等　待。一旦串口接收到一个字符，就计算前后两个字符的时间间　隔Ｉｎｔｅｒｖａｌ，如果时间间隔大于３．５个字符的时间．则认为前一　个数据帧已经接收完成．刚接收的字符为下一个数据帧的起始　字符；如果时间间隔小于３．５个字符时间。但大于１．５个字符时　问则清空目前的帧缓存。　字符时间与串口的通讯速率有关，通讯速率越高。字符时　间越短。反之。则越长。表２列出了在波特率为９６００　ｂｉｔｓ／ｓ和　１９２００　ｂｉｔｓ／ｓ下，１．５和３．５个字符时间。　表２　１．５和３．５个字符时间　波特率　１．５字符　３．５字符　（ｂｉｔｓ／ｓ）　时间（ｍｓ１　时间（ｍｓ１　９６００　１．２５　２．９２　１９２００　０．６２５　１．４６　

表３具有不同精度的获取时间的函数　函数名　时间单位　精确度　ＮＯＷ，Ｔｉｍｅ　秒　１秒　ＧｅｔＴｉｃｋＣｏｕｎｔ　毫秒　１　０毫秒　ＴｉｍｅＧｅｔＴｉｍｅ　毫秒　１　０毫秒　

从表中可以看出．在两个常用波特率下，字符时间在毫秒　数量级。　为了确定数据帧的起始和结束．常使用以下两种方法。　１）使用定时器　使用两个定时器，一个定时１．５个字符时间，另一个定时　３．５个字符时间．在每次接收到一新的字符时，就启动两个定时　器。采用这种方法实现起来简单，但由于定时器具有较低的优　先级。在系统繁忙时。定时器产生的定时消息被派在系统消息　的队列的后端．因此使用定时器很难产生准确的定时。另外由　于定时器使用的是系统每秒生成的ｌ８个时钟信号，因此定时　的时间精度就不会超过ｌ８分之一秒，因此不能正确确定数据　帧的起始和结束。　２）使用ＡＰＩ函数　表３列出了系统提供的具有不同精度的获取时间的函数。　但这些函数的精度都在１０ｍｓ以上。要得到毫秒级的时间间隔，　则需利用系统提供的另外两个ＡＰＩ函数：　ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ　０和ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅＦｒｅｑｕｅｒｙ　０。　ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ０Ｊ￣Ｊ来获取计算机的高性能计数器的当　前计数值．ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅＦｒｅｑｕｅｒｙ０用来获取计算机的高性能　计算器的频率。利用这两个函数来获取相邻字符间的时间间隔　的方法如下：　在接收到一个字符后调用　ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅＣｏｕｎｔｅｒ（）来获取当前的高性能计数器的计数　值Ｃｏｕｎｔｅｒ１．同样地在接收到下一个字符时也调用　ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅＣｏｕｎｔｅｒ（）来获取计数值Ｃｏｕｎｔｅｒ２，设通过　ＱｕｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｒｙＯ来获取的高性能计数器的计数频率　为Ｆｒｅｑ。则两相邻字符的时间间隔为：　Ｉｎｔｅｒｖａｌ＝（Ｃｏｕｎｔｅｒ２－Ｃｏｕｎｔｅｒ１）／Ｆｒｅｑ　３．２对ＭＯＤＢＵＳ功能码的封装　ＭＯＤＢＵＳ协议最重要的内容之一就是对查询／应答帧的规　

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